金屬材料扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)及彈性模量的測量

1、姓名：鐘燕平_學(xué)號：5902411050專業(yè)班級：本碩111班班級編號：S088實(shí)驗(yàn)時(shí)間-14時(shí)00分 第9星期三座位號： 教師編號：成績：金屬扭轉(zhuǎn)破壞實(shí)驗(yàn)、剪切彈性模量的測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵骕測定低碳鋼的剪切屈服點(diǎn)耳、抗剪強(qiáng)度q和鑄鐵的抗剪強(qiáng)度訂觀察扭 矩戶扭轉(zhuǎn)角曲線(八®曲線人2、觀察兩類材料試樣扭轉(zhuǎn)破壞斷口形貌，井進(jìn)行比較和分析。3、測定低碳鋼的剪切彈性模景7。4、驗(yàn)證圓截面桿扭轉(zhuǎn)變形的胡克定律二實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器K微機(jī)控制扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī).2游標(biāo)卡尺。3、裝夾丁具&三、實(shí)驗(yàn)原理和方法遵照國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T10128-1988)采用圓截面試樣般扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)，可以測走各 種工程材料在

2、純剪切情況下的力學(xué)性能*如材料的剪切屈服點(diǎn)兀和抗剪強(qiáng)度兀 等*圓截面試樣須按上述國家標(biāo)準(zhǔn)制成(如圖4“所示h試樣兩端胸夾持段銳削， 為平面，這樣可以有效地防止試驗(yàn)時(shí)試樣在試驗(yàn)機(jī)卡頭中打滑.試驗(yàn)機(jī)軟伸的繪圖系統(tǒng)可繪制扭矩_扭轉(zhuǎn)角曲線，簡稱叛轉(zhuǎn)曲線（圖42冬b中的廠"曲線兒從圖42a可以看到，低碳鋼試樣的扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)曲線由彈性階段（加段八屈服階段Sb段）和強(qiáng)化階段段）構(gòu)成，但屈服階段和強(qiáng)化階段均不像拉伸試驗(yàn)曲線中那么明顯。由于強(qiáng)化階段的過程很長， 圖中只繪出其開始階段和最后階段，破壞時(shí)實(shí)驗(yàn)段的扭角可達(dá)10 n以上a）低碳鋼占橫截面絕大部分的內(nèi)層沒有明顯的屈服現(xiàn)象。當(dāng)扭矩試樣會表現(xiàn)出明顯的屈服

3、b）鑄鐵圖所示的鑄鐵試樣扭轉(zhuǎn)曲線可近似的視為直線（與拉伸曲線相似，沒有明顯的直線段），試樣破環(huán)時(shí)的扭轉(zhuǎn)形變比拉伸時(shí)的形變要明顯的多。從扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)上可讀取的試樣的屈服扭矩Ts和破環(huán)扭矩 Tb。由：廠.2 1和抵 =人/附寸計(jì)算材料的屈服剪切點(diǎn)和抗剪切強(qiáng)度。需要指出的是，對于塑形材料，采用實(shí)心圓截面試樣測量得到的屈服點(diǎn)和抗剪強(qiáng)度，高于薄壁圓環(huán)截面試樣的測量值，這是因?yàn)閷?shí)心園截面試樣扭轉(zhuǎn)時(shí)橫截面切應(yīng)力分布不均 勻所致。當(dāng)園截面試樣橫截面的最外層切應(yīng)力達(dá)到剪切強(qiáng)度屈服點(diǎn)時(shí), 應(yīng)力仍低于彈性極限，因此此時(shí)試樣仍表現(xiàn)為彈性行為， 繼續(xù)增加使橫截面大部分區(qū)域的切應(yīng)力均達(dá)到剪切屈服點(diǎn)時(shí),現(xiàn)象，此時(shí)的扭矩比真實(shí)

4、的屈服扭矩要大一點(diǎn)，對于破環(huán)扭矩也會有同樣的情況。低碳 鋼試樣和鑄鐵試樣的扭轉(zhuǎn)破環(huán)斷口形貌有很大的差別斷面是最大切應(yīng)力作用面， 斷口較 為平齊，可知剪切破壞，圖 2所示為鑄鐵試樣的斷面是與試樣軸成 45度角的螺旋面斷 面是最大拉應(yīng)力作用面，斷口較為粗糙，因而是最大拉應(yīng)力造成的拉伸斷裂破壞。材料的剪切彈性模量G遵照國家標(biāo)®(GB/T!OI281988河由圓截面試樣的 扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)測定*在彈性范圍內(nèi)進(jìn)行圓截而試樣扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)吋，扭矩與揺轉(zhuǎn)角之間的 關(guān)系符合扭轉(zhuǎn)變形的胡克矩律切式中廠磁/32為截面的極慣性 矩。半試樣長度！和極慣性矩厶均為已知時(shí)，貝要測取扭矩堆量#廠和相應(yīng)的扭 轉(zhuǎn)角增量0念、可由式

5、計(jì)算得到材料的剪切彈性模疑*實(shí)驗(yàn)通常采用多級籌増量加載法，這樣不僅可以 避免人為讀取數(shù)搦產(chǎn)生的誤卷而且可嘆通過每次載荷増量和扭轉(zhuǎn)角增就驗(yàn)證扭 轉(zhuǎn)變形的胡克定律，注意到三個(gè)彈性常數(shù)殆扯，G之間的關(guān)系6=亠由材料手冊査得 材料的彈性模杠和泊松比廠計(jì)算得到材料的剪切彈性模量G,如將計(jì)算值取作真值，可將測試得到的G值與q,值進(jìn)行比較，檢驗(yàn)測試誤差。四、實(shí)驗(yàn)步驟(1)低碳鋼的扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)步驟首先測量試樣直徑d在試樣上安裝扭角測試樣裝置，將一個(gè)定位環(huán)套在試樣的一端，裝上卡盤，將螺釘擰緊。再將另一個(gè)定位環(huán)套在試樣的另一端，裝上另一個(gè)卡盤，根據(jù)不同的試樣標(biāo)距要求將試樣擱放在相應(yīng)的V型塊上，使卡盤與V型塊兩端緊貼，

6、保證卡盤與試樣垂直，將卡盤上的螺釘擰緊。接著將試樣機(jī)兩端夾頭對正。將已裝扭角測試實(shí)驗(yàn)裝置的試樣的一端放入從動夾頭的夾口間，將試樣加緊，進(jìn)行扭矩清零操作，推動移動支座，使試樣的另一端進(jìn)入主動夾頭間， 進(jìn)行試樣保護(hù)， 從而消除夾持扭矩，并清零扭角。進(jìn)入電子扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)機(jī)應(yīng)用軟件，選擇低碳鋼扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)方案，按軟 件運(yùn)行鍵，開始實(shí)驗(yàn)，記錄多級等增量加載實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)試樣被扭斷 后停機(jī)，去下試樣，注意觀察試樣破壞斷口形貌。（2）鑄鐵扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)步驟鑄鐵扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)步驟與低碳鋼扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)步驟相同。只因鑄鐵是脆性 材料，只需記錄破壞荷載數(shù)據(jù)，無需安裝扭角測量裝置。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理實(shí)驗(yàn)記錄及數(shù)據(jù)處理低碳鋼/mm鑄鐵/mm截面

7、d平均d最小d截面d平均d最小d9. 869.869.839.909.909.909. 869.909. 849.849.929.929.849.929.849.839.949.829.92材料低碳鋼鑄鐵試樣 尺寸nd33d = 9.86mm, W° =188.2 mmp 16兀d33d 9.90 mm ,Wp 190.5 mmp 16(1)鑄鐵數(shù)據(jù)記錄T/NM5.0969.91215.04619.93025.40330.00635.083扭角0.6261.2141.8992.6583.5724.3715.522屈 服 扭 矩 Ts二34.667實(shí) 驗(yàn) 數(shù) 據(jù)N m最大扭矩 幾二 8

8、9.075N m屈服切應(yīng)力s = * - 186.4 MPaWp最大扭 矩Tb =68.275 N m最大扭角=41.508 o抗切強(qiáng)度Eb =衛(wèi)=358.4 MPa Wp抗切強(qiáng)度b二二478.9 MPaWp© /度T/NM40. 00544.98050.04755.04159.99765.02168.275扭角© /度6.9469.04612.27716.88523.36532.58641.805可做出扭矩-扭角曲線如下: B由圖中可知弘=68.275NM(1)低碳鋼數(shù)據(jù)記錄處理標(biāo)距 -一 =50mmdo /mm9.869.869.849.849.849.82線彈性階段T

9、/NM5.00110.00415.00320.15725.032標(biāo)距扭角/度0.1580.3300.5110.6880.869扭角© /度1.3871.9612.6003.1843.76屈服階段最大值 最小值T/NM39.42934.667扭角© /度5.68833.720強(qiáng)化階段T/NM35.27140.73350.33260.413扭角© /度53.81977.534150.702290.092T/NM70. 17580.46485.55089.075扭角© /度555.2781128.2541627.822208.197可做圖如下扭矩-標(biāo)距扭角曲線

10、扭矩-扭角曲線一一 B100 “8060orxA Y40205001000150020002500X Axis Title測定低碳鋼的切變模量 G T= ( 5.003+4.999+5.154+4.875 ) /4=5.008 ( NM、二(0.172+0.181+0.177+0.181 ) /4=0.178 (°)I =3/32=9.13 x 10exp所以 G U=15.4GPa心Ip又Gtr六、思考題1.為什么低碳鋼試樣扭轉(zhuǎn)破壞斷面與橫截面重合，而鑄鐵試樣是與 試樣軸線成45°螺旋斷裂面？答：在圓桿扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)中，低碳鋼屬于剪切強(qiáng)度低于拉伸強(qiáng)度的材料， 破壞是由橫截面上的

11、最大切應(yīng)力引起，并從桿的最外層沿橫截面發(fā)生 剪斷產(chǎn)生的，而鑄鐵是屬于拉伸強(qiáng)度低于剪切強(qiáng)度的材料，它的破壞是由-45 °斜截面上最大拉應(yīng)力引起，并從桿的最外層沿著軸線約 45°傾角的螺旋形曲面發(fā)生拉斷而產(chǎn)生的， 故低碳鋼試樣扭轉(zhuǎn)破壞斷 面與橫截面重合，而鑄鐵試樣是與試樣軸線成 45°螺旋斷裂面。低碳鋼扭轉(zhuǎn)0.155N mra?72147,350983.96389.079Sffiis.lt 50116512Mh3013-1Q-W 16：22事開姑111靜3 | * SWJS甫昌大，”也丈檔1-Mlmo&o.|-迦7蟲生©a 16;22苗克K r nor 廣高童25S：±_ 5HH2110135b左暉針大 礙汁左醍卡梅 昭眾折擁耳圧兀由皚巒近-TFJ1啟距盍錄車停機(jī) 修止譽(yù)海 OtS-P試出時(shí)可567,g“ 一|Q.KJ7J_dP St0. 00鑄鐵扭轉(zhuǎn)占SANS南a大學(xué)丄程力亨實(shí)雀電心r附扭矩 r鼻槪1血£7妣R 廠上巨廉點(diǎn)-峙證皓運(yùn)T菽人用戶參敷爭圖色詢甲圖應(yīng)用益哎報(bào)告姑黑數(shù)器r允許卿逅歷詛蠱i-ajR«i.Ff»L 停上采徉 宓紜生細(xì)+少我大 fiw-taied' 5pace逝3( 平籐 掃.丄：曙才射疊從 馬蹴輛猖向用充: 巫枚建迥并且速度"niiri規(guī)宅非